《汽车可靠性技术》复习题答案

一 填空题

1 产品可靠性； 2 故障概率(或称失效概率、不可靠度)F (t) 故障概率密度函数(或称失效概率密度函数) f (t)；3 规定的功能； 4 汽车可靠性试验；5 经济学观点 管理学观点；6 P(A)+P(B)-P(AB)；7 P(A)P(B|A) P(B) P(A|B)；8 中位数；9 众数；10 样本极差；11 累积故障概率的分布函数；12 f(t)dF(t)；13 dtTTFetdt01；14 所有寿命单位和所有的故障；15 影响任务完成的故障(即致命性故障)；16指数分布、

威布尔分布、正态分布；17可靠性预测 可靠性分配 可靠性实验；18并联系统 混联系统 备用冗余系统；19

Rs(t)Ri(t)，式中Rs (t)——系统的可靠度，Ri (t)——第i个单元的可靠度； 20 Fs(t)Fi(t)，式中

i1i1nnFs(t)——系统的不可靠度，Fi(t)——第i个单元的不可靠度；21 零件分系统系统；22 23 一元线性回归预测；24 回归预测法 灰色理论预测法 蒙特卡洛模拟；25 等分法 加系统分系统零件；

权分配法 相对故障率分配法；26 相同；27 研制阶段早期；28 设计目标 条件；29 可靠性预测 可靠性分配 可靠性实验；30 设计工作；31 可靠性 维修性 耐久性；32系统工程方法 概率统计学方法 人机工程方法； 33设计是否达到预期的目标；34 强度高于应力；35强度概率计算法；36 样本；37整群随机抽样 分段随机抽样；38 小于；39 总容量 样本容量；40 更换或修复；41不合格批；42高概率 高概率；43 OC曲线；44 检查水平；45 产品的生产鉴定 在线的质量检查；46 试验产品数；47 可靠性鉴定试验 可靠性验收试验；48 规定时间；49 规定数目；50 存储寿命试验 工作寿命试验；51 加速寿命试验；52累积损伤理论；53提出改进和预防措施 提高汽车可靠性和使用寿命；54 失效 故障；55 不可修复产品 可修复产品；56 材料 工作环境；57疲劳断裂 腐蚀；58 对象状态 失效结果；59按失效检验项目进行分析 按系统工程分析方法；60 割集；61 最小割集；62 粘着磨损；63 表面疲劳磨损； 腐蚀磨损；65 疲劳断裂。

二 名词解释

1 可靠性：可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。 2 可靠性工程：为达到产品可靠性要求而开展的一系列设计、研制、生产、试验和管理工作。 3 基本可靠性：产品在规定的条件下，无故障的持续时间或概率。 4 任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。 5 固有可靠性：产品在设计、制造过程中赋予的固有属性。 6 使用可靠性：产品在实际使用过程中表现出的可靠性。

7 汽车可靠性：是指汽车产品（总成或零部件）在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。

8 汽车的硬故障：使汽车停驶的完全性故障

9 汽车的软故障：性能逐渐下降到最低规定限度而不能正常使用的衰退性故障，如制动性能、动力性能等 10 随机现象：在一定条件下，并不总出现相同结果的现象 11 随机事件：在一定条件下，可能发生也可能不发生的试验结果

12 可靠度函数：产品在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的概率，称为可靠度；这种用概率来度量可靠度的函数，称可靠度函数，简称可靠度，用R(t)表示。

13 失效概率分布函数：通常用累积故障概率的分布函数来表示产品失效概率或不可靠度，这种函数，称不可靠度函数或累积失效概率分布函数，简称失效概率分布函数。

14 故障率：工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。 15可靠寿命：指给定的可靠度所对应的产品工作时间。

16使用寿命：指产品在规定的使用条件下，具有可接受的故障率的工作时间区间。 17 可靠性模型：指的是系统可靠性逻辑框图(也称可靠性方框图)及其数学模型。 18 可靠性分配：把系统的可靠性指标合理的分配到组成此系统的每个单元。

19可靠度分配：将设备或系统的可靠度目标值转换为其零部件或子系统的可靠度的过程，即可靠度计算的逆过程。

20 子系统重要度：第i个子系统失效引起系统失效的次数与第i个子系统失效次数的比值；也即第i个子系统发生失效时，整个系统发生失效的概率。

21 子系统复杂度：子系统的复杂程度，用子系统中的部件数与整个系统部件数的比来表示。 22 可靠性设计：就是“以赋予产品可靠性为目的的设计技术”。

23 维修性：指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复其规定状态的能力。

24 维修性工程：为使装备具有良好的维修性，必须从其论证开始，通过一系列设计、分析、制造、试验、评定等工程活动，赋予其所要求的维修性。这些工程活动的总称为维修性工程。 25 维修性工程标准：开展维修性工程活动所用到的标准。

26 设计评审：指在产品设计与工艺设计过程的某些时期，有计划安排的，有严格组织的，按一定规范进行的对设计方案、图纸、技术条件等的评议审定工作。

27 批：指具有相同的来源，在相同的条件下生产所得到相同规格的一群产品。 28 批量：批中包含的产品单位数。

29 样品量：从批中抽取的单位产品的汇集，称为样本。样本中单位产品数，称为样本大小。 30 抽样方案：样本大小或样本大小系列和判定数组结合在一起。

31 Ac（合格判定数）：作出批合格判断样本中所允许的最大不合格品数或不合格数。 32 Re（不合格判断数）：作出批不合格判断样本中所不允许的最小不合格品数或不合格数。 33 AQL（合格质量水平）：抽样检查中，认为可以接收的连续提交检查批的过程平均上限值。

34 ASN（平均样本大小）：对一个批质量已知的批，按给定抽样方案作出合格或不合格判断，该批所需检查样本单位数的平均值。

35 IL（检查水平）：提交检查批的批量与样本大小之间的等级对应关系。

36 系统抽样：是一种从总体中每隔k个个体抽取一个样本的抽样方法，其中k值是抽样比值。

37 生产者冒险率：生产者产品的质量相当良好，已达允收水准，理应判为合格，但由于抽样的关系，样本中不良品过多而误判为拒收，其概率称为生产者冒险率。

38 消费者冒险率：生产者产品的质量相当恶劣，已达拒收水准，理应判为不合格，但由于抽样的关系，样本中不良品甚少而误判为允收，其机率称为消费者冒险率。

39 试验批：为判定汽车或零部件产品的可靠性而进行试验的批量。

40 可靠性验证试验：是用来验证产品的可靠性特征值是否符合其规定的可靠性要求的一种试验。 41截尾试验：必须在达到规定的时间或在失效的样品达到规定数目时终止试验。 42 寿命试验：评价和分析产品寿命特征的试验。

43 复现试验：把随机载荷的试验从实验室外搬到实验室里加以复现的试验。

44 汽车零部件失效：汽车零部件失去原设计所规定的功能称为失效；失效不仅是指完全丧失原定功能，而且还包含功能降低和有严重损伤或隐患、继续使用会失去可靠性和安全性的零部件。

45 FMECA：是故障模式影响及危害性分析的简称，是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。

46 故障树：指用以表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。

47 故障树分析：简称FTA，通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定产品故障原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率

48 电化学腐蚀：两个不同的金属在一个导电溶液中形成一对电极，产生电化学反应而发生腐蚀的作用，使充当阳极的金属被腐蚀的现象。

三 简答题

1 请简述我国可靠性发展的重要历史节点。

答：1965年，钱学森建议下，原七机部成立了“可靠性质量管理研究所”（705所），进行了开拓性研究工作；

1978年，钱学森关心下在国防系统召开了第一次可靠性会议； 1979年，中国电子学会成立“可靠性与质量管理学会”； 1980年代后,机械可靠性研究在我国开始受到重视。

1982年，国家标准局成立“全国产品可靠性与维修性标准化技术委员会”，并制定了一些标准，我国可靠性研究开始蓬勃发展；

1984年，颁布了《电子设备可靠性预计手册》；

20世纪90年代，原机械电子工业部在“八五规划纲要”中提出“以科技为先导，以质量为主线”的发展模式，使产品的可靠性得到了较大的提高。

2 请简述召回制度实施前后日本可靠性研究特点。

答：1969年实施汽车召回制度，之前可靠性研究重点：确保强度方面的安全性；延长车辆使用期限；延长维修期。

召回制度实施后可靠性研究具有如下特点：可靠性技术与管理高度结合；采用可靠性新技术，加强设计检评工作；重视试验和故障分析；数据交换和反馈；实行全数检验和在线自动检验；建立外协件的可靠性保证体系；加强可靠性学术活动，进行技术培训。 3 汽车可靠性定义四因素的具体内涵是什么？

答：汽车可靠性是指汽车产品（总成或零部件）在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。 其中，汽车产品指整车、总成、零部件，主要指的是发动机、底盘、车身、电器设备等。

规定时间指：汽车使用量的尺度，可以足时间单位(小时、天数、月数、年数)，也可以是行驶里程数、工作循环次数等。在汽车运用工程中，保用期、第1次大修里程、报废周期等都是重要的特征时间。

规定条件包括：汽车产品的工作条件，即气候、道路状况、地理位置等环境条件；汽车产品的运用条件，即 载荷性质、载运种类、行驶速度；汽车产品的维修条件，即维修方式、维修水平、保养制度；汽车产品的管理条件，即存放环境、管理水平、驾驶员技术水平。

规定功能指：汽车设计任务书、使用说明书、订货合同以及国家标准规定的各种功能、性能和要求。 4 汽车可靠性四大要素具体内涵是什么？

答：汽车可靠性由四大要素构成，即可靠性、维修性、耐久性和安全性。

可靠性：指产品固有的质量属性，汽车能够不中断地按照驾驶员的控制而运动的性质。 维修性：产品在规定的使用条件下，在规定的时间内完成维修的能力。

耐久性：汽车经过长时间工作后，不丧失其正确的技术状态而继续工作的能力；可以用汽车第一次大修里程的长短以及汽车从启用至报废的寿命长短来度量。

安全性：汽车在行驶中不危及生命财产安全的能力。

5 PDCA循环有什么特点？

答：PDCA循环有以下三特点：

1）PDCA循环按照循环顺序不停地旋转只要产品一直生产，这种循环就不会停止。

2）PDCA是一个综合性的循环，在企业总体PDCA循环指导下，各级、各部门以及生产的各个环节、各个阶段，都有各自的小循环，形成大循环套小循环。

3）PDCA循环在循环中前进和提高。 6 请阐述失效概率分布函数的含义。

答：设有N件产品，在规定的条件下工作到规定的时间T,发生故障（失效）的件数为n(t),仍有（N－n）个产品继续工作，如果产品总数N足够大时，则可靠度近似为：

R(t)Nn(t) N则失效概率近似为： F(t)即以下关系成立： R(t)F(t)1 7 请写出R(t)、F(t)与

答：由密度函数的性质

n(t) Nf(t)之间的关系表达式，并用图示表示。

0f(t)dt1可知：

R(t)1F(t)1f(t)dtf(t)dt

0tt因此，R(t)、F(t)与f(t)之间的关系如图所示：

f(t)f(t)R(to)F(to)to图 R(t)、F(t)与f(t)关系t

8 请写出故障率的数学表达式，并推导故障率与可靠度、故障密度函数的关系。 答：(t)dn(t)

Ns(t)dt式中(t)——故障率； dn(t)——t时刻后，dt时间内故障的产品数；Ns(t)——残存产品数，即到t 时刻尚未

故障的产品数。

λ(t)由于f(t)dn(t)dn(t)N0(t)f(t) Ns(t)dtN0(t)dtNs(t)R(t)dR(t)，所以： dt (t)dtdR(t) R(t)

t0(t)dtlnR(t)|t0

(t)dt所以：R(t)eottR(t)e

9 请解释首次翻修期、翻修间隔期、总寿命，并在坐标图上表示它们关系。

答：首次翻修期限（首翻期）：指在规定条件下，产品从开始使用到首次翻修的工作时间和（或）日历持续时间。翻修是指把产品分解成零部件，清洗、检查，并通过修复或替换故障零部件，恢复产品寿命等于或接近其首翻期的修理。

翻修间隔期限：指在规定条件下，产品两次相继翻修间的工作时间、循环次数和（或）日历持续时间。 总寿命：指在规定条件下，产品从开始使用到规定报废的工作时间、循环次数和（或）日历持续时间。

首翻期、翻修间隔期和使用寿命λ(t)首次翻修期规定的故障率AB翻修间隔期λ(=1/MTBF)t

使用寿命10 简述可靠性预测的定义及汽车产品可靠性预测的目的。

答：可靠性预测是在产品设计阶段到产品投入使用前，对其可靠性水平进行评估的过程。

汽车产品可靠性预测的目的是：

（1）了解任务所提出的可靠性指标是否合理；

（2） 对所设计的新车型的可靠性水平进行评估，寻找问题和原因，改进和提高；

（3）对不同方案进行比较，确定可靠性指标； （4）优化设计方案，选择最佳的汽车系统； （5）探索进一步提高汽车可靠性的途径及其方法； （6）为新车型的开发收集和积累经验、数据及资料。 11简述可靠性预测的步骤

答：任何预测都有两个过程：归纳和推论过程。可靠性预测的基本步骤如下：

（1）确定预测目的、预测对象及预测类型（短期、中期、长期）； （2）搜集整理资料（有关发展资料、历史资料）； （3）选择预测技术；

（4）建立预测模型，包括数学模型（表达式、参数）或概率模型（各种可能结果的概率分布）； （5）评价模型。对建立的预测模型进行检验；

（6）利用模型进行预测，与实测结果比较，修正预测模型。 12 简述可靠性分配原则

答：通常可靠度分配应考虑下列原则：

（1）技术水平

对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握地增长到较高水平，则可分配给较高的可靠度。

（2）复杂程度

对较简单的单元，组成该单元的零部件数量少，组装容易保证质量或故障后易于修复，则可分配给较高的可靠度。

（3）重要程度

对重要的单元，该单元失效将产生严重的后果，或该单元失效常会导致全系统失效，则应分配给较高的可靠度。

（4）任务情况

对单元的工作周期及其工作环境等给予考虑，如对整个任务时间内均需连续工作及工作条件严酷，难以保证很高可靠性的单元，则应分配给较低的可靠度。

（5）考虑费用、重量、尺寸等条件的约束

总之，最终都是以最小的代价来达到系统可靠性的要求。 13 简述按比例进行串联系统的可靠度分配步骤。

答：其步骤如下，（1）明确系统的可靠度要求指标Rs,已知每个单元的预计可靠度Ri

（2）用公式Fi=1-Ri(或λit=-ln Ri)求出各单元的预计不可靠度（或失效率）

（3）求所有单元的预计不可靠度（失效率）的和，此即为系统的预计不可靠度（或失效率），求比例因子

1RsF(或t)

iilnRi（4）将上一步所得比例因子与各单元的预计不可靠度Fi(或失效率λit)相乘，得出各单元的允许不可靠度F(或失效率λt)

（5）用上式R=1-F（R=e-λt ）得出各单元要求的可靠度，它们的乘积即为分配结束后系统的可靠度。 14 简述并联系统的可靠度按比例分配步骤。

答：并联系统可靠度分配需要从预计到分配，再预计到再分配的过程，其步骤如下，

（1）把系统的冗余部分，简化成单一单元，使系统冗余部分变成串联系统中的一个单元 （2）按串联系统的分配方法，对简化后的串联系统进行可靠性分配

（3）用这些分配值，按原冗余部分再进行可靠性预计，并与要求的可靠性指标进行比较得出差值 （4）对这些差值进行修正性再分配，然后再重复第3、4两步，直到符合要求为止 15 简述可靠性设计原则。 答：（1）确保可靠性原则

任何设计都必须确保达到预定的可靠件目标。采用任何新的结构、选用新的外购件，都必须以保证可靠性为前提。当性能改善(不包括标准、法规内容)与可靠性冲突时，首先要保证可靠性。

（2）一切通过试验原则

任何新结构的采用或老结构的改进，都必须通过严格的试验。这些试验必须有足够的有效性，即试验的标准合理，试验的方法正确，确保产品投放市场后的可靠性要求。

（3）简单化、标准化、通用化原则

在性能满足要求的情况下，尽量采用简单的结构，不要盲目追求局部的新颖与复杂。最大限度地采用标准化的零件、组件，采用市场上通用、可互换的并经使用证明可靠的零部件。

（4）可靠性增长原则

尽可能采用成熟的具有良好可靠性的结构，消除老结构不可靠的部分，使新结构的可靠性较老结构有所增长，而不是下降。在新产品研制过程与工艺设计过程中，采取边设计、边试验、边改近的“滚动”办法，不断消除可靠性方面存在的问题，使系统的可靠性不断增长。避免在改进过程中轻易推翻设计方案，使可靠性从“零”开始的现象发生。

（5）充分考虑维修性原则

在设计中要把维修性作为重要因素，必须满足基本的维修性要求，不断改善产品的维修性。

16 设计评审目标的具体内容有哪些？

答：设计评审中头等重要的内容是：设计是否达到预期的目标。

设计评审主要要考虑如下目标：可靠性， 性能， 重量， 成本，维修性， 安全、排放、噪声等法规要求，时间性，外观， 包装、贮运性能，工艺性，可行性等方面的内容。

上述目标均应在设计工作开始之前，由计划部门下达，由设计人员在设计工作中予以实现。在评审之前就以上问题逐一进行准备，提出充分的依据，准备必要的文件资料。

设计评审中应把可靠性放在重要地位。设计人员应提供重要零部件的FMEA文件；工艺设计应提供工艺过程FMEA文件与工序能力的分析资料；应提供关键项目表；根据不同设计阶段提供可靠性试验的报告、失效分析报告等。

在充分听取设计人员介绍及审阅文件资料的基础上，评审人员进行提问，对问题进行讨论。

经过设计评审，必须得出切实的结论。包括对设计目标的满足程度，尚不能满足的目标是否进行调整，对问题改进的结论，对有争议问题的争论要点及其处理办法。将这些评审纶果填写入规范化的表格，经评审负责人签字后，作为技术文件贯彻实施并归档。计划部门将根据评审意见修订工作计划或制定新的工作计划。 17 简述何时采用全检，何时采用抽检。 答：在下述情况采用全检对产品进行检验：

（1）生产过程不能保证达到预先规定的质量水平，不合格品率大时；

（2）不合格品漏检有可能造成人身事故或对下道工序或消费者带来重大损失时； （3）全检检查效果比检查费用大时。 在下述情况采用抽检的方法对产品进行检验：

（1）产量大、批量大、并且连续生产时无法进行全数检验； （2）允许一定数量的不合格存在； （3）希望减少检验时间和检验费用时； （4）刺激生产者注意改进质量时； （5）破坏性检查全检不允许时；

（6）间断交易，以往批质量情报不充分时；

（7）质量水平达不到，全检又没有必要，只对坏批进行全检，希望改善平均质量时； （8）根据检查结果选择供方时，批间质量不稳定或批数不多，转入间接检查不充分时。 18 简述检验的一般工作程序。

答：检验的一般工作程序包括以下阶段：

（1）准备阶段

在这阶段，主要工作内容有：决定检查单位，决定检查项目，决定试验方法，决定质量判定标准，决定在生产过程那个阶段检查，决定全检、抽检还是无试验检查，决定质量指标，选择抽样表(计数、计量和抽样类型)。

（2）实施阶段

在这阶段，主要工作内容有：决定批的构成，决定抽样方法，决定批处理方法。 （3）整理阶段

在这阶段，主要工作内容有：决定检查结果的记录方法，决定检查结果的处理方法。 19 简述汽车可靠性抽样试验的类型。

答：汽车可靠性抽样试验有以下类别：（1）标准型抽样试验

是根据抽样检验方案，仅对试验批作出接收或拒收判断的抽样试验方案。适用于对产品质量的历史资料不了解的情况。它能同时兼顾生产者(或者供应方)和消费者(或使用方)的利益，使双方把因抽样试验带来的风险控制在一定范围内。

（2）选别型抽样试验

是按抽样检验方案对检验批进行试验以后，对被判定为不合格的批再进行全数试验，剔除其中的不合格品，并以合格品补足批量之后，再提交验收的一种抽样试验。适用于不能选择供应者的购货试验，或者企业内部各生产工序中的成品与半成品试验或者产品入库与出厂试验。

（3）调整型抽样试验

这种试验根据产品质量变化，随时调整检查、验收、试验的频次。通常在放宽、正常、加严检查之间调整变化。对于质量好的产品，采用放宽检验条件；对于质量水平逐渐变差的试验批，则增加检查频次，检验条件随之加严。随着产品质量的变化，试验可以在放宽试验、正常试验和加严试验之间进行转换。但转换条件应事先作出明确的规定。

（4）连续生产型抽样试验

是在自动生产线或传输带上传送的连续生产的产品进行中途试验。它不要求产品形成批。

试验批不能采用连续生产型抽样试验。如要采用，可先连续对每个产品进行试验，当合格品数累计到规定数量或不合格品数在某个值以下时，就改成每隔一定数量试验一次，如果出现不合格品，再恢复到逐个试验。 20 简述汽车可靠性验证试验的要求。 答：拟定试验计划要求时，考虑的内容：

可靠性使用参数及指标：直接反应堆装备的使用需求的可靠性参数称为可靠性使用参数；其量值即可靠性使用指标；

可靠性目标值：汽车需要达到的可靠性使用指标； 可靠性门限值：汽车必需达到的可靠性使用指标；

可靠性合同指标：在产品合同和研制任务书中，表述订购对汽车可靠性要求并且是承制方在研制与生产过程中能予以控制的可靠性参数；

可靠性规定值：可靠性目标值转化为合同和研制任务书中规定的、汽车需要达到的合同指标； 可靠性最低可接受值：可靠性门限值转化为合同和研制任务中规定的、必须达到的合同指标。 21失效分析的目的是什么？

答：失效分析的目的是，了解产品失效的真实情况，对产品进行系统地分析，鉴别其失效模式、失效机理、失效部位、失效时间、失效影响并进行后果分析，把失效影响和后果分析及时反馈给设计和制造部门，并据以制订改进措施，以防止同类失效再度发生，是产品获得更高的可靠性。 22 失效分析的步骤是什么？

答：失效分析三要素包括对象状态、失效原因、失效结果。进行失效分析的主要步骤如下：

（1）失效调查

通过调查，收集零部件的失效数、应力、时间、任务、次数等有关数据资料。在收集数据的同时，作现场记录。

（2）失效模式的鉴定

根据收集的失效数据的调查和失效现象的描述，鉴别失效与哪些零部件有关，并鉴别出失效模式。 （3）失效机理的推断

根据前两项资料，结合零部件的结构、材料及收集制造情况和历史经验，寻找失效的规律和导致失效的内在原因，推断失效的机理。

（4）实验论证

用实验的方证失效机理的推断是否准确。 （5）改进措施

根据实验所论证的失效机理，针对产生失效的诸方面因素，拟定消除失效的各种措施，如设计、工艺、材质、公差配合、使用环境、质量控制等方面。 23 FMECA的作用是什么？

答：FMECA是一种归纳分析方法，其作用表现在：

（1）保证有组织的定性找出系统的所有可能的故障模式及其影响，进而采取相应的措施； （2）为制定关键项目和单点故障等清单或可靠性控制计划提供定性依据；

（3）为可靠性（R）、维修性（M）、安全性（S）、测试性（T）、和保障性（S）工作提供一种定性依据； （4）为制定实验大纲提供定性信息；

（5）为确定更换有寿件、元器件清单提供使用可靠性设计的定性信息；

（6）为确定需要重点控制质量及工艺的薄弱环节清单提供定性信息； （7）可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。 24 FAT工作要求是什么？

答：FAT，即故障树分析，进行FAT工作是必须满足如下要求：

（1）在产品研制早期就应进行FTA，以便早发现问题并进行改进 随设计工作进展，FTA应不断补充、修改、完善。 （2）“谁设计，谁分析”

故障树应由设计人员在FMEA基础上建立。可靠性专业人员协助、指导，并由有关人员审查，以保证故障树逻辑关系的正确性。

（3）应与FMEA工作相结合

应通过FMEA找出影响安全及任务成功的关键故障模式（即I、II类严酷度的故障模式）作为顶事件，建立故障树进行多因素分析，找出各种故障模式组合，为改进设计提供依据。

（4）FTA输出的设计改进措施，必须落实到图纸和有关技术文件中 （5）应采用计算机辅助进行FTA

由于故障树定性、定量分析工作量十分庞大，因此建立故障树后，应采用计算机辅助进行分析，以提高其精度和效率。

25 解释单调关联系统，并说明其性质。

答：单调关联系统指系统中任一组成单元的状态由正常（故障）转为故障（正常），不会使系统的状态由故障（正常）转为正常（故障）的系统。

它的性质如下：

（1）系统中的每一个元、部件对系统可靠性都有一定影响，只是影响程度不同； （2）系统中所有元、部件故障（正常），系统一定故障（正常）；

（3）系统中故障元、部件的修复不会使系统由正常转为故障；正常元、部件故障不会使系统由故障转为正常 ；

（4）单调关联系统的可靠性不会比由相同元、部件构成的串联系统坏，也不会比由相同元、部件构成的并联系统好。

四 论述题

1 请阐述可靠性工程的发展阶段及各阶段的特征事件。 答：1） 萌芽期 二战期间（或20世纪40年代）

二战期间，作战飞机以及雷达上所用的电子设备，由于可靠性水平较低而屡屡出现故障。 美国60%航空电子装置和70%的海军用电子装置发生故障。1939年，英国航空委员会首次提出飞机故障率应低于0.00001次/h，这是最早提出飞机安全性、可靠性的定量指标。德国火箭专家R.Lussen首次对火箭诱导装置可靠度进行计算，这是首次对复杂系统进行可靠度计算。1943年，美国成立专门机构开始可靠性研究工作，工作重点在解决真空管质量问题。

2） 奠基期（创建阶段） 1950年代（或20世纪50年代）

在朝鲜战场上，美国电子产品（雷达、陆军用的电子设备等）的故障愈来愈多，严重影响了设备的正常使用，促使系统可靠性的研究开展。1952年，国防部联合工业部及相关学术部门，成立了“电子设备可靠性咨询组（AGREE（Advisory Group on Reliability of Elctronic））”，在1957年发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告，为可靠性的发展奠定了基性。同时，日本、德国、英国也开展相关研究。从此，可靠性形成了一门的学科。

3） 普及期 （全面发展阶段） 1960年代（或20世纪60年代）

美国在可靠性设计和实验方面，取得了重要的成果。许多国家成立了可靠性研究机构，开展各种相关活动，制定可靠性标准。

4） 成熟期（深入发展阶段） 1970年代后（或20世纪70年代）

从单纯重视可靠性发展到对产品的要求达到一定的可靠性维修性指标，即从重视性能发展到重视效能。在这个阶段，计算机软件可靠性的理论获得很大发展。 2 请阐述可靠性研究的意义。

答：可靠性揭示了产品质量的本质，是产品质量的永恒的主题。 1）可靠性是产品质量的一项重要指标

现代质量观念认为：“产品质量是产品满足使用要求的特性总和”，包括性能、可靠性、安全性、适应性，经济性和时间性。汽车对这些性能都有明确要求，是典型的可靠性产品。

2） 产品日趋复杂、可靠性日益突出

现代产品呈现出高性能、多功能、高新技术不断应用，可靠性问题日益突出。如汽车为提高动力性、操纵稳定性、安全性等，加装的电子点火、ABS、SRS等，是汽车从纯机械产品过渡到机电一体化产品，其可靠性涉及到电子系统。

3） 使用环境的严酷性，对可靠性要求更高

现代工业日益发达，其发展领域已经非常广阔，发展空间也不受时间和地域的。如汽车产品产品要求在各种特殊环境如戈壁、沙漠、高原、沼泽地等应用，对汽车可靠性提出了更高的要求。

4） 全寿命周期费用的增长，对可靠性提出更高要求

全寿命周期费用包括：购买费用、使用费用、维修费用等。用户往往只注意购买费用、生产单位只计算生产成本，而很少考虑全寿命周期费用。

可靠性高的产品，故障少、维修费用低、零部件更换费用低，全寿命周期费用降低，产品的单位时间的效益增加。如一汽大众的捷达车

3 请阐述汽车可靠性增长机制的具体内涵。

答：无论是汽车的开发者还是制造者，无论在哪个阶段或哪个部门，汽车可靠性的增长都会处于PDCA循环当中，即汽车质量的保证体系可以简单地表达为四个阶段、八个步骤。

PDCA循环的四个阶段 ①计划(Plan)阶段；②实施阶段（Do）；③检查阶段（Check）；④处理阶段（Action）。

PDCA循环的八个步骤 ①找出问题；②查明原因；③抓住要害；④研究措施；⑤贯彻执行；⑥检查效果；⑦总结经验；⑧继续提高

4 请阐述频数直方图、频率直方图、频率密度直方图和频率密度曲线及区别和联系。

答：频数直方图是以样本数据表征的质量特性值为横坐标，以频数为纵坐标 作出的描述数据分布规律的图形。

频率直方图是将频数直方图的纵坐标改为频率做出的频率直方图，其形状与频数直方图应完全一样。 频率密度直方图是将频率直方图纵坐标改为频率密度、横坐标不变后获得的直方图，形状也不变。 频率密度曲线是当样本数据的大小n→∞，组距h→0时，直方的数量将趋于∞；随机变量(即质量特征)在某 区间h的频率密度将趋于概率密度；直方顶端联成的折线将形成一条光滑的曲线——概率密度曲线。

它们的区别和联系如下：频数直方图、频率直方图、频率密度直方图与概率密度曲线，虽然它们的坐标不同，描述 分布状态的方式有的是折线、有的是曲线，但其大致形状是相似的。概率密度曲线表明了总 体的分布状态；而频数直方图等是对总体分布状态的描述。 5 请阐述可靠性设计的内容。

答：可靠性设计中的可靠性是指广义上的可靠性，即包括可靠性、维修性和耐久性，其主要内容包括以下方面：

（1）系统可靠性目标的制定

根据市场的预测、竞争的需要、技术上的可行性分析、制造成本高低等因素的研究，提出可靠性目标值。这些目标值主要有：可靠性指标：MTBF，MTTF，当量故障率；维修性指标：MTTR，维修时间率，维修费，有效度；耐久性指标：大修里程，报废里程。

（2）可靠性指标的分配与预测

将整车可靠性指标逐级分配下去，明确每个系统、每个总成、每个零件的可靠性要求，并根据过去的资料及试验数据结果预测可靠性。

（3）结构可靠性设计与验证

进行每个具体结构的设计，通过试制、试验进行验证是否达到顶期目标。没有达到时，进行改进设计或酌情调整目标值。

（4）系统可靠性设计与验证

重点是各结构间的连接、协调、匹配。通过整车的试制、试验来验证。 （5）维修制度的设计与验证

确定采取哪种维修制度，即维修方法、维修点、润滑点、检测点、监测装置等的设计与试验，使用维修文件、备件图册的编制，维修工具、装备的设计，备件数量的预测等。

（6）耐特殊环境设计

明确汽车可能工作的最严重的环境，针对这些环境条件进行必要的可靠性和维修性设计，进行特殊环境试验(包括零部件与整车)。

（7）外购件的选用与可靠性验证

在现代汽车产品生产中，外购件往往占一半以上。因此，要根据整车或系统的可靠性要求，规定外购件的可靠性要求，并通过严格的试验、检验，选择性能与可靠性符合要求的外购件。

（8）工艺可靠性设计

在工艺设计中充分考虑保证可靠性的措施，包括工序能力设计、检测工艺设计、防止误装、误加工的设计与检验等。

（9）运输、贮存、包装的可靠性

产品设计与工艺设计中，要考虑运输、贮存、包装过程中防止汽车产品损坏、腐蚀等的可靠性。 （10）用户使用中可靠性信息的收集与可靠性改进

根据销售部门反馈的信息，了解产品的可靠性状况与问题，进行失效分析，凡属于设计的问题，及时加以改进。

6 请阐述维修性设计的内容和要求。

答：进行维修性设计时，针对维修性三要素设计，同时满足如下原则。 （1）维修性三要素

构成一个产品维修性的三要素是：产品、人与条件。

产品，要具有良好的维修性，在设计上要充分考虑易于维修，节省维修费用。 人，从事维修工作人员的技术水平与熟练程度，要求加强维修人员的培训。

维修条件，即备件材料、润滑材料的供应保障，随车工具，维修装备、维修手册、维修备件图册等的适应性。 （2）可达性原则

可达性，是指在进行汽车维修工作中，便于维修人员接近维修部位并进行作业的性能。

凡需要经常检查、保养、调整、清洁、润滑、测试的零部件，都必须布置在便于接近的位置上；冷却液、润滑油、洗涤剂、液压油等添加口应布置在单人方便操作的位置上；尽量做到在检查或维修某一零部件时，不拆卸、不移动或少拆卸、少移动其它零部件；易损件和常拆件的拆装要简便，拆装时零部件的进出路线最好是直线或平缓的曲线；需要维修和拆装的机件，其周围要有足够的空间，保证检测器具的安放与工具的使用；维修通道门或舱口的设计，应便于维修操作。经常开闭的维修通道和罩盖应尽量采用拉罩式、卡销式和铰链式等快速开启机构； 维修时应能看见内部的操作，其通道除了容纳维修人员手与臂的活动外，还应留有适当的观察间隙。

（3）互换性、通用性原则

互换性与通用性对提高维修性，增加备件的来源是非常重要的，在设计中应允分加以考虑。

设计中优先选用标准化的零部件，尤其是紧固件、易损件、电线插头、电器等；尽量减少零部件的品种、规格，相近车型之间做到最大的通用化；更改零部件设计时，尽可能不要更改安装的结构要素，尽量做到新老产品之间可以互换；在可能采用模块化设计的情况下，多采用模块化设计，便于采取更换模件的维修方式，提高维修效率。

（4）防差错措施

防止拆装维修过程错装、漏装等情况发生而造成的故障。在设计中，应从结构上考虑防止差错，或设置明显的永久性标志。这些标志可以用文字、数字、颜色、图案、符号等来表示，应易于辨认。采用左旋螺纹连接时应有标志等措施。

（5）便于检测

凡需要在维修中进行检测的项目(如间隙、压力等)，必须考虑使用检测器具的方便性，以便于迅速准确地进行检测工作；要发展集中检测与自动检测系统。

（6）保证维修安全性

在设计时，要充分考虑维修人员在进行维修作业时不受损伤，不致过度疲乏费力。要防止零部件受损。

维修时，维修人员肢体必须通过的通道、空间不得有尖锐边角；维修时，需要经常拆装移动的零部件的重量要在人力允许的限度之内；预防维修时发生火灾的措施；凡与维修安全有关的事项，必须在使用维修手册中明确地说明。

7）良好的维修指导文件

维修文件包括使用维修手册、修理手册、备件图册等。这些文件应能指导使用维修人员正确进行使用维修操作，减少故障。故阵发生时能正确判断、排除与修理。使用文件力求简明易懂，能用图表示的尽量用图表示。

8）制定好预防维修制度

预防维修仍然是现代汽车采用的重要维修方式。我国广大用户在汽车保养制度方面积累了许多经验，汽车结构本身已有很大的变化与改进，原来以牌汽车维修保养制度为主要模式的我国汽车维修保养制度用要不断改进和完善。在制定预防维修制度中，应考虑尽可能减少维修工作量，延长维修周期和降低级修费用的原则。 7请阐述磨料磨损的失效机理。

答：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬金属）相互摩擦引起表面材料损失的现象称为磨料磨损，其失效机理主要包括以下几种假说：

（1）以微量切削为主的假说

塑性金属同固定的磨料摩擦时，磨屑呈螺旋形、弯曲形等；在金属表面内发生一方面塑性挤压、形成擦痕；另一方面切削金属，形成磨屑。

（2）以疲劳破坏为主的假说

金属的同一显微体积经多次塑性变形，小颗粒从表层上脱落下来；不排除同时存在磨料直接切下金属的过程；滚动接触疲劳破坏产生的微粒多呈球形。

（3）以压痕为主的假说

对塑性较大的材料，磨料在压力作用下压入材料表面，梨耕另一金属表面，形成沟槽，使金属表面受到严重的塑性变形压痕两侧金属已经破坏，磨料极易使其脱落。

（4）以断裂为主的假说

针对脆性材料，以脆性断裂为主；磨料压入和擦划金属表面，压痕处的金属产生变形，磨料压入的深度达到临界深度时，随压力而产生的拉伸应力足以使裂纹产生。裂纹主要有两种形式，垂直表面的中间裂纹和从压痕底部向表面扩展的横向裂纹。

总之，磨料磨损机理是属于磨料的机械作用，这种机械作用在很大程度上与磨料的性质、形状及尺寸大小、固定的程度及载荷作用下磨料与被磨表面的机械性能有关。 8 请阐述腐蚀磨损的定义、分类及失效机理。

答：零件表面在摩擦过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应，因而出现物质损失的现象成为腐蚀磨损。

腐蚀磨损是腐蚀和摩擦共同作用的结果。其表现的状态与介质的性质、介质作用在摩擦表面上的状态以及摩擦材料的性能有关。

腐蚀磨损通常分为：氧化磨损、特殊介质的腐蚀磨损、穴蚀及氢致磨损。 （1）氧化磨损

氧化磨损是最常见的一种磨损形式，曲轴轴颈、气缸、活塞销、齿轮啮合表面、滚珠或滚柱轴承等零件都会产生氧化磨损。与其它磨损类型相比，氧化磨损具有最小的磨损速度，有时氧化膜还能起到保护作用。

其影响因素包括：滑动速度、接触载荷、氧化膜的硬度、介质中的含氧量、润滑条件以及材料性能等。 （2）穴蚀

穴蚀也叫气蚀或空蚀，是当零件与液体接触并有相对运动时，零件表面出现的一种损伤现象。

柴油机湿式缸套的外壁与冷却液接触的表面、滑动轴承在最小油膜间隙之后的油膜扩散部分（由于负压的存在），都可能产生穴蚀。

（3）氢致磨损

含氢的材料在摩擦过程中，由于力学及化学作用导致氢的析出。氢扩散到金属表面的变形层中，使变形层内出现大量的裂纹源，裂纹的产生和发展，使表面材料脱落称为氢致磨损。

氢可能来自材料本身或是环境介质，如润滑油和水中等。

五 计算或绘图题

1 解：假设每箱次品0事件为A1，依此内推，次品数为1，2，3，4分别为事件A2，A3，A4，A5。由A1，A2，A3，A4，A5组成完备事件组，根据题意：P(A1)=0.1, P(A2)=0.2, P(A3)=0.4, P(A4)=0.2, P(A5)=0.1。 每箱抽检10件，未发现次品为事件B，则由古典型概率公式求的如下条件概率：

P(B|AC101601)C101

160

P(B|AC10159159！160！2)C10016010！149！10！150！.94

P(B|AC10158158！160！3)C1016010！148！10！150！0.88

P(B|AC1015157！160！4)7C1016010！147！10！150！0.82

P(B|AC10156156！160！5)C1016010！146！10！150！0.77

由全概公式计算开箱未发现次品的概率：

P(B)P(Ai)P(B|Ai)=0.1×1+0.2×0.94+0.4×0.88+0.2×0.82+0.1×0.77=0.881

2 解：1）数据个数n=100。最大值xL=7.938，最小值xS=7.913。

2）计算极差

RxLxS7.9387.9130.025

3）确定分组组数k

k值的选择一般参考下表给出的，本题n=100，确定本例选择k=10。

n K 50-100 6-10 100-250 7-12 250以上

10-20

4）确定组距h

组距即每个小组的宽度，或组与组之间的间隔

hxLxSkRk0.025100.00250.003 为分组方便，常在h的计算值基础上将其修约为测量单位的整数倍，并作适当调整。0.001，将h修约为0.003。

5）计算各组的上、下边界值

为了不使数据漏掉，应尽可能使边界值最末一位为测量单位的1/2。当h为奇数时，如本题测量单位为第一组边界值应为

xSh；当h为偶数时，第一组上边界值=xS – 测量单位/2，第一组下边界值=上边界值+h，一直计算到最末一2h7.9130.00157.9115～7.9145 2组将xL包括进去为止。

本题h为奇数，故第一组上下边界值为xS其余各组的上下边界值为：某组上边界值=上组下边界值，某组下边界值=该组上边界值+h。本题第二组上下边界值为7.9175～7.9145；第三组为7.9175～7.9205……依次类推，最后 一组为7.9385，包括了最大值7.938(见频数表)

6）计算各组的组中值xi

xi第i组上边界值第i组下边界值

27.91157.91457.91457.91757.9130，x27.9160

22本题中x17）统计落入各组的数据个数，整理成频数表

组号i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8）作直方图

以频数为纵坐标，质量特性为横坐标画出坐标系，以一系列直方形画出各组频数，并在图中标出规格界限和数据简 历，组成频数直方图：

组边界值 7.9115 ～7.9145 7.9145 ～7.9175 7.9175 ～7.9205 7.9205 ～7.9235 7.9235 ～7.9265 7.9265 ～7.9295 7.9295 ～7.9325 7.9325 ～7.9355 7.9355 ～7.9385 组中值xi 7.913 7.916 7.919 7.922 7.925 7.928 7.931 7.934 7.937 频数统计 正 正 正 一 fi 2 2 16 正 正 正 18 正 正 正 正 正 正 正 正 正 正 23 17 15 3 4 频数f规格要求25201510502216182317154n=100 96.5.7～96.5.153#件S=0.005192号机床X=7.9252437.9137.9197.9257.9317.9377.97.9167.9227.9287.9347.95x

3 解：

43/106如原材 料 在直方图旁边有孤立的小岛出现。其原因是在加工和测量过程中有异常情况出现。

的突然变化，刃具的严重磨损，测量仪器的系统偏差，不熟练工人的临时替班等。

偏向型也称偏峰型。即直方的高峰偏向一边。这常常是由于某些加工习惯造成的。如加工 孔时，

有意识地使孔的尺寸偏下限，其直方图的峰则偏左；当加工孔时，有意识 地使轴的尺寸偏上限，其直方图的峰

直方图出现了两个高峰。这往往是由于将不同加工者、不同机床、不同操作方法等加工 的产品混

平顶型即直方图的峰顶过宽过平。这往往是由于生产过程中某种因素在缓慢的起作用造成 的。如

测量误差太大或分组组数不当都会使直方图出现凸凹不平的折齿形状。

直方图在某一侧出现了高山上陡壁的形状。这往往是在生产中通过检查，剔除了不合格品后 的数

据作出的直方图形状。

这些异常型频数直方图的图型如下：

a.正常型b.孤岛型c.偏向型d.双峰型规格范围e.平顶型f.折齿型g.陡壁型

4 解：美国联合航空公司统计的六种故障发生模式及各自所占比例如图所示，

80706050403020100ABCDEFA, 4B, 2C, 5D, 7E, 14F, 68

六种模式所占的比率（美国联合航空公司统计）

A:浴盆曲线，（有明显的耗损故障区，如各种结构零件，轮胎、刹车片、气缸、压气机叶片等） B:没有明显的早期故障，在生命期内故障增长缓慢，以耗损故障终结，（有明显的耗损故障区） C:在生命期内故障始终缓慢增长，没有明显的耗损故障区转折点（航空涡轮发动机） D:刚出厂时故障率较低，然后迅速增长到一个稳定的水平 E:整个生命周期内，故障率始终保持一个稳定的水平

F:有早期故障，没有明显的耗损故障（航空电子设备，software）

5 解：大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，称之为浴盆曲线。由于产品故障机理的不同，产品的故障率随时间的变化大致可以分为三个阶段：

%早期寿命区：故障率随时间而降低 恒定故障率区：故障率保持不变 耗损区：故障率随时间而增加 典型的浴盆曲线如图所示，

早期故障偶然故障图产品典型的故障率曲线耗损故障规定的故障率A(t)使用寿命B维修后故障率下降t以汽车使用的时间为横坐标，以汽车的失效率为纵坐标制成的曲线，称为失效率曲线，也称寿命曲线。由于寿命曲线的形状象浴盆，通常也称浴盆曲线。如图所示：

6 解：平均寿命t30701101201402503203604004502250225(h)

1010 故障率 110.044 t2251300225 工作300小时的可靠度R(300)e R=0.99时的工作时间 t225ln=0.263=26.3%

12.26(h) 0.99lnRS(t)lnRS(100)ln0.70.003567 7 解：系统故障率St100100系统预计故障率： S1230.002609132各系统的加权系数：W10.7244，W20.1928，W30.0828

SSS子系统1、2、3的故障率分别为：

1W1S0.0025，82W2S0.000668，

3W3S0.000295

当系统运行100h后，各子系统的可靠度为：R1(100)e1t0.7723，R2(100)e2t0.9335，

R3(100)e3t0.9709

8 解：先简化并联分系统，设A6由A4、A5并联而成，其可靠度为R6=1-(1-R4)(1-R5)=1-0.1×0.1=0.99，因而系统简化后每个单元的预计可靠度都为0.99，不可靠度为0.01，系统的不可靠度为0.04，而系统要求的不可靠度为0.02，因此比例因子为0.02/0.04=1/2；

对每个单元进行首次分配，A1、A2、A3的允许不可靠度为0.005，A4、A5的并联系统A6的不可靠度F=0.05×0.05=0.0025，因而系统的不可靠度为：0.005+0.005+0.005+0.0025=0.0175；

这个值比要求的系统不可靠度0.02小0.0025，这个差值可按第一次分配的值，再按比例((0.02-0.0175)/0.0175=1/7)分配给各单元,即对单元A1、A2、A3来说，不可靠度可以增加0.005×1/7=0.0007； A4、A5单元可增加0.05×1/7=0.0071，将增加值加到第一次分配值上，可得第二次分配值。

按第二次分配值计算A6的不可靠度为F=0.0571×0.0571=0.00326，这时系统不可靠度为0.0057×3+0.00326=0.0204，这个值比要求的系统不可靠度0.02大0.0004。如果感觉这个误差无法接受，可以按照上述步骤进一步分配。